CKJ61100數(shù)控機床液壓系統(tǒng)的設計【含4張CAD圖紙+文檔全套】

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Especially in recent years, but with microelectronics, computer technology to combine together, make hydraulic technology has entered a new stage of development. At present, has been widely used in the industrial fields. Because the recent years microelectronics, the development of computer technology, hydraulic components manufacturing technology of the further improved, and make hydraulic technology not only as a kind of basic in traditional form occupies an important position and with excellent static, dynamic performance becomes a kind of important means of control. Facing our country economy in recent years of rapid development, machinery manufacturing industry in the development of the national economy, which occupies an important position in the manufacturing sector to the healthy and rapid development. The improvement of manufacturing equipment, make as an important equipment manufacturing industry in the of all kinds of machining equipment also had many new changes, especially in the hole processing, its in today's hydraulic system is becoming more and more important. The hydraulic system design, in addition to meet the host in action and performance requirements outside, still must comply with small volume, light weight, low cost, high efficiency, simple structure, reliable operation, use and convenient maintenance and so on some of the common design principles recognized. Hydraulic system is designed according to the known condition, to determine the hydraulic pressure working scheme, hydraulic flow rate, pressure and hydraulic pump and other components of the design. To sum up, complete the whole design process needs a series of hard work. Designers should set up the correct design thought, trying hard to grasp the advanced scientific and technological knowledge and scientific dialectical way of thinking. to the workers engaged in production practice and workers learning, and constantly development and innovation, to better complete mechanical design task. Key words: Hydraulic system hydraulic cylinder hydraulic pump reversing valves 目 錄 引 言………………………………………………………………….2 第一章 液壓系統(tǒng)設計計算 ……………………………………………2 1.1液壓系統(tǒng)的設計要求……………………………………………………………………2 1.2液壓系統(tǒng)方案設計………………………………………………………………………2 1.2.1確定液壓泵類型及調(diào)速方式…………………………………………………………2 1.2.2選用執(zhí)行原件…………………………………………………………………………2 1.2.3換向回路和壓力回路的選擇…………………………………………………………2 1.2.4組成液壓系統(tǒng)繪原理圖………………………………………………………………2 1.3液壓系統(tǒng)的參數(shù)計算……………………………………………………………………2 1.3.1液壓缸參數(shù)計算………………………………………………………………………2 1.3.2液壓缸的結構設計……………………………………………………………………2 1.3.3液壓泵性能參數(shù)計算…………………………………………………………………2 1.4液壓元件的選擇…………………………………………………………………………2 1.4.1液壓閥及過濾器的選擇………………………………………………………………2 1.4.2油管的選擇……………………………………………………………………………2 1.4.3油箱容積的確定………………………………………………………………………2 第二章 液壓站的設計…………………………………………………2 2.1液壓油箱的作用及外形尺寸……………………………………………………………2 2.1.1液壓油箱的作用………………………………………………………………………2 2.1.2液壓油箱的外形尺寸…………………………………………………………………2 2.2液壓油箱的結構設計……………………………………………………………………2 2.3液壓泵裝置………………………………………………………………………………2 2.3.1液壓泵的工作原理……………………………………………………………………2 2.3.2液壓控制裝置…………………………………………………………………………2 2.4液壓系統(tǒng)的安裝…………………………………………………………………………2 2.4.1液壓泵裝置的安裝要求………………………………………………………………2 2.4.2油箱裝置的安裝要求…………………………………………………………………2 2.4.3液壓閥的安裝要求……………………………………………………………………2 2.4.4液壓缸的安裝要求……………………………………………………………………2 2.5電動機與液壓泵的聯(lián)接方式……………………………………………………………2 第三章 集成塊的設計………………………………………………… 2 3.1集成塊及其工作…………………………………………………………………………2 3.2集成塊的工作要求………………………………………………………………………2 3.2.1集成塊的工作要求……………………………………………………………………2 3.2.3集成塊的總體設計……………………………………………………………………2 3.2.4液壓閥位置的確定……………………………………………………………………2 3.2.5視圖及尺寸標注………………………………………………………………………2 3.2.6加工精度的要求………………………………………………………………………2 3.2.7集成塊的設計結果……………………………………………………………………2 3.2.8集成塊裝配與調(diào)試……………………………………………………………………2 第四章 液壓系統(tǒng)的性能驗算及維護…………………………………2 4.1性能驗算…………………………………………………………………………………2 4.1.1沿程壓力損失…………………………………………………………………………2 4.1.2局部壓力損失…………………………………………………………………………2 4.1.2系統(tǒng)溫升的驗算………………………………………………………………………2 4.1.3泵站調(diào)試………………………………………………………………………………2 4.1.4壓力調(diào)試………………………………………………………………………………2 4.1.5執(zhí)行機構調(diào)速…………………………………………………………………………2 4.2液壓系統(tǒng)的維護…………………………………………………………………………2 結 論…………………………………………………………………2 致　 謝…………………………………………………………………2 參考文獻 ………………………………………………………………2 引 言 液壓技術是現(xiàn)代機械工程的基本技術構成和現(xiàn)代控制工程的基本技術要素，其應用幾乎遍及國民經(jīng)濟各個領域，應用液壓技術的程度已成為衡量一個國家工業(yè)化水平的重要標志之一，所以正確合理地提高設計與使用液壓系統(tǒng)，對于提高各類液壓機械及裝備的工作品質(zhì)和技術經(jīng)濟性能具有重要意義。同時能讓我們學到的理論知識運用到實踐中，提高實踐能力,使我們的設計更具實用性。 液壓系統(tǒng)設計的步驟一般是： （1）明確液壓系統(tǒng)使用要求，進行負載特性分析； （2）設計液壓系統(tǒng)方案； （3）計算液壓系統(tǒng)主要參數(shù)； （4）繪制液壓系統(tǒng)工作原理圖； （5）選擇液壓元件； （6）驗算液壓系統(tǒng)性能； （7）液壓裝置結構設計； （8）繪制工作圖，編制文件，并提出電氣系統(tǒng)設計任務書。 一、課題研究的主要內(nèi)容、目的和意義 主要研究CKJ61100數(shù)控車床液壓系統(tǒng)，包括：控制主軸的正車、反車和主軸箱潤滑， 分為以下幾部分: （1）液壓系統(tǒng)原理圖的設計； （2）液壓元件的選擇； （3）裝配圖的設計與計算； （4）油箱的設計與計算； （5）集成塊的設計； 通過對CKJ61100數(shù)控車床的原有液壓系統(tǒng)的分析和了解，結合已學的液壓方面的知識，對液壓系統(tǒng)的結構，設計等方面的知識有深一步的認識與提高。通過CKJ61100數(shù)控車床液壓系統(tǒng)的設計，使現(xiàn)有的機床在原有的功能基礎上得到更大的改善，使加工生產(chǎn)步驟更直接簡便，從而減輕工人的勞動強度、提高效率，節(jié)省能源。 液壓技術是現(xiàn)代機械工程的基本技術構成和現(xiàn)代控制工程的基本技術要素，其應用幾乎遍及國民經(jīng)濟各個領域，應用液壓技術的程度已成為衡量一個國家工業(yè)化水平的重要標志之一。所以正確合理地提高設計與使用液壓系統(tǒng)，對于降低各類液壓機械及裝備的勞動成本，提高經(jīng)濟效益具有重要意義。同時能將所學到的理論知識運用到實踐，提高實踐能力。 二、課題研究的現(xiàn)狀 1.國內(nèi)液壓技術的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 我國液壓產(chǎn)品有一定生產(chǎn)能力和技術水平的生產(chǎn)科研體系。尤其是近十年來基礎產(chǎn)品 工業(yè)得到國家支持，裝備水平有所提高，目前已能生產(chǎn)品種規(guī)格齊全的產(chǎn)品。近年來，我國液壓氣動密封行業(yè)堅持技術進步，加快新產(chǎn)品開發(fā)，取得良好成效，涌現(xiàn)出一批各具特色的高新技術產(chǎn)品。例如北京機床所的直動式電液伺服閥、杭州精工液壓機電公司的低噪聲比例溢流閥（擁有專利）、寧波華液公司的電液比例壓力流量閥（已申請專利），均為機電一體化的高新技術產(chǎn)品，并已投入批量生產(chǎn)，取得了較好的經(jīng)濟效益。 雖然取得上述成果，但和目前國內(nèi)的需求和國外先進水平相比還有較大差距。包括產(chǎn)品趨同化、構成不合理，性能低、可靠性差，創(chuàng)新和自我開發(fā)能力弱，自行設計水平低。 具體表現(xiàn)在產(chǎn)品水平、產(chǎn)品體系與市場需求存在較大的結構性矛盾。因此，在眾多低檔產(chǎn)品壓價競爭的同時，不得不讓出一塊巨大的市場給國外產(chǎn)品。這表明，在市場豐富多樣的需求面前，第一、國內(nèi)企業(yè)必須依靠科技進步，不斷調(diào)整產(chǎn)品結構；第二、適應國際傳動技術產(chǎn)品工業(yè)向國際化發(fā)展趨向，對現(xiàn)有國內(nèi)企業(yè)進行改組、合并，使企業(yè)開發(fā)能力，裝備能力、管理水平和服務水平不斷提高，以保持一定的競爭能力；第三、不斷提高企業(yè)產(chǎn)品的開發(fā)能力和創(chuàng)新能力，加強產(chǎn)學研結合，充分利用高等院校的科研開發(fā)人力資源，發(fā)展有自主產(chǎn)權的產(chǎn)品和技術；第四、完善質(zhì)保體系，不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量及可靠性，計劃地進行技術改造、設備更新，提高產(chǎn)品知名度，創(chuàng)立名牌。 2.液壓技術及產(chǎn)品的發(fā)展方向： (1) 節(jié)省能耗，提高效率，采用液壓傳動與控制系統(tǒng)的節(jié)能技術 (2) 機電一體化技術及IT技術的應用高精度、高頻響電液、電氣伺服比例系統(tǒng)和元件，液粘調(diào)速器速度控制技術。數(shù)字液壓、氣動系統(tǒng)和元件，直動型電液控制元件。用AC電機或變頻電機驅(qū)動定量泵，發(fā)展機電一體化元件和系統(tǒng)。 (3) 發(fā)展內(nèi)置電子系統(tǒng)的電液伺服比例元件、電磁閥、液壓定位油缸等 (4) 重視環(huán)保。提高液壓系統(tǒng)及污染控制技術，采用無泄漏液壓系統(tǒng)和元件。 (5) 應用現(xiàn)代控制技術，提高電液壓自動控制系統(tǒng)的性能，開發(fā)水壓傳動與控制技術，大力發(fā)展水壓系統(tǒng)和元件，擴大其應用領域。 (6) 先進設計技術，如計算機輔助設計與試驗，仿真技術。 (7) 現(xiàn)代制造技術的應用研究，如表面處理技術，計算機輔助制造技術、潤滑技術 總之，液壓技術作為便捷和廉價的自動化技術，有著良好的發(fā)展前景。液壓產(chǎn)品不僅在機電、輕紡、家電等傳統(tǒng)領域有著很大的市場，而且在新興的產(chǎn)業(yè)如信息技術產(chǎn)業(yè)、生物制品業(yè)、微納精細加工等領域都有廣闊的發(fā)展空間。腳踏實地，放眼未來，經(jīng)過行業(yè)的共同努力，我國的液壓工業(yè)一定能走進一個新天地。 三、方案論證 １.機械系統(tǒng) 傳統(tǒng)的機械傳動如：齒輪傳動，它的特點是：齒輪傳動平穩(wěn)，傳動比精確，工作可靠、效率高、壽命長，使用的功率、速度和尺寸范圍大，傳動中能量損耗相對較小。但如果齒輪加工粗糙導致齒輪間不能完整嚙合,就會發(fā)生震動,影響機械設備壽命。 ２.氣壓系統(tǒng) 氣壓系統(tǒng)的優(yōu)點：能源經(jīng)濟，其工作介質(zhì)是空氣，取之不盡，用之不竭；能源損失小，容易實現(xiàn)集中供應和遠距離輸送；適合于高速間歇運動；自保持能力強，即斷電后由于氣體的壓縮性機械裝置能在較長的一段時間停留在原來的位置上；可靠性高，壽命長；安全方便，氣動元件結構簡單、輕便，安裝維修方便；缺點：穩(wěn)定性差；輸出功率??；噪聲大；潤滑性差等。 ３.液壓系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)主要由：動力元件（油泵）、執(zhí)行元件（油缸或液壓馬達）、控制元件（各種閥）、輔助元件和工作介質(zhì)等五部分組成。 液壓傳動的優(yōu)點 ： （1）體積小、重量輕，因此慣性力較小，當突然過載或停車時，不會發(fā)生大的沖擊； （2）能在給定范圍內(nèi)平穩(wěn)的自動調(diào)節(jié)牽引速度，并可實現(xiàn)無極調(diào)速； （3）換向容易，在不改變電機旋轉方向的情況下，可以較方便地實現(xiàn)工作機構旋轉和直線往復運動的轉換； （4）液壓泵和液壓馬達之間用油管連接，在空間布置上彼此不受嚴格限制； （5）由于采用油液作為工作介質(zhì)，元件相對運動表面間能自行潤滑，磨損小，使用壽命長； （6）操縱控制簡便，自動化程度高； （7）容易實現(xiàn)過載保護。 液壓傳動的缺點 : （1）使用液壓傳動對維護的要求高，工作油要始終保持清潔； （2）對液壓元件制造精度要求高，工藝復雜，成本較高； （3）液壓元件維修較復雜，且需有較高的技術水平； （4）用油做工作介質(zhì)，在工作面存在火災隱患； （5）傳動效率低 。 ４.方案比較 除此之外，液壓傳動突出的優(yōu)點還有單位質(zhì)量輸出功率大。通過以上幾種方案的比較，可以得出在目前的技術水平下，液壓系統(tǒng)傳動較之機械系統(tǒng)和氣壓系統(tǒng)有很多的優(yōu)點，因此設計人員往往在機床中選擇液壓系統(tǒng)。這樣可以使工作時操縱控制簡便，自動化程度高，提高工作的效率。 第一章 液壓系統(tǒng)設計計算 1.1液壓系統(tǒng)的設計要求 本機床床身最大回轉直徑1000mm，刀架上最大工件回轉直徑630mm，頂尖距1500/3000/5000mm，主軸轉速為3.15—315r/min。主軸箱內(nèi)由液壓控制正車、反車、剎車和潤滑，其中正反車通過一個三位油缸控制，剎車由一個兩位油缸控制,剎車油缸直徑為40mm,所需最大剎車力為21Kg/c㎡。 1.2液壓系統(tǒng)方案設計 1.2.1確定液壓泵類型及調(diào)速方式 由于本系統(tǒng)對于運動的平穩(wěn)性和切削力的變化沒有特殊要求，出于經(jīng)濟性價比考慮，選用單向定量液壓泵供油、調(diào)速閥進油節(jié)流調(diào)速的開式回路。溢流閥作定壓閥，回油路上設置背壓閥，初定背壓值為0.8MPa。 1.2.2選用執(zhí)行原件 因液壓缸有正向和反向和剎車運動，因此正車和反車選用單活塞桿的二位液壓缸，剎車選用三位油缸。 1.2.3換向回路和壓力回路的選擇 本系統(tǒng)對換向的平穩(wěn)性沒有嚴格的要求，所以選用電磁換向閥的換向回路。因此二位油缸選用三位四通換向閥,三位油缸選用兩位四通換向閥。將溢流閥旁接在油泵出口調(diào)定和限制剎車制動的最高工作壓力。 1.2.4組成液壓系統(tǒng)繪原理圖 將上述所選定的液壓回路進行組合，并根據(jù)要求作必要的修改補充，即組成如圖1.1所示的液壓系統(tǒng)原理圖。為便于觀察調(diào)整壓力，在回路中裝一個壓力表。液壓系統(tǒng)中各電磁鐵的動作順序如表1.1所示。 圖1.1 液壓系統(tǒng)原理圖 表1.1 電磁鐵動作順序表 液壓系統(tǒng)的原理說明：液壓站集中控制，液壓泵為定量泵，主軸箱潤滑與液壓系統(tǒng)分隔開，共用一個油箱；一個兩位油缸控制主軸正反車和一個三位油缸控制剎車和潤滑. 1、液壓系統(tǒng)的功用 （1） 液壓缸的正反車和剎車； （2） 潤滑（包括主軸箱的齒輪、軸承，見圖1.2 潤滑圖）。 2、液壓系統(tǒng)的元件和作用（參見圖1.1 液壓系統(tǒng)原理圖） （1） 齒輪泵公稱流量為6 L/min，用于液壓缸的正反車同時用于主軸箱的潤滑。 （2） 液壓閥: 由溢流閥 、壓力表 、兩個換向閥 以及二個節(jié)流閥組成。調(diào)節(jié)溢流閥使系統(tǒng)壓力為0.8-1.3MPa。兩個換向閥分別控制二位油缸和三位油缸。二個節(jié)流閥分別控制二個油缸的速度。 （3） 二位油缸：向前為正車，向后為反車。 （4） 三位油缸：向前為剎車，向后為潤滑。 圖1.2 潤滑圖 1.3液壓系統(tǒng)的參數(shù)計算 1.3.1液壓缸參數(shù)計算 1、液計算工作油缸面積： 計算油缸作用力：假設油缸作用力為R,則 R=PA=23kg/cm2×12.56cm2=288.88kg 液壓缸的主要幾何尺寸，包括液壓缸的內(nèi)徑，活塞桿的直徑，液壓缸行程等。液壓負載F，由公式： 查參考文獻[1]可知 （1-1） 式中：F——液壓缸負載； R——液壓缸外作用力； η——液壓缸總效率； 查參考文獻[1]可知液壓缸的總效率為 （1-2） 式中：——液壓缸的機械效率； ——液壓缸的容積效率； ——液壓缸的作用力效率； 由于此液壓缸采用的是彈性體密封圈，所以≈1.0；又因為回油直接去潤滑，所受回油壓力很小，所以≈1；液壓缸的機械效率=0.9～0.95，取=0.93。 所以代入公式（1-1）得： F==kg=310.6kg 計算所需流量Q：油缸無桿腔充滿油液時油缸容積V為 V==12.56×4.5=56.52=0.05652 由最大轉速n=300r/min，因此計算流量Q： Q=V×n=0.05652×300=16.956L/min 根據(jù)流量和壓力可選出液壓閥規(guī)格和型號，選用直徑為6通用液壓閥 , 流量為40L/min,壓力為20MPa。 2、液壓缸的壁厚δ： 液壓缸的壁厚一般是指缸筒結構中最薄處的厚度。由《材料力學》可知，承受內(nèi)壓力的筒體，其內(nèi)應力分布規(guī)律因壁厚的不同而異，一般計算時可分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。液壓缸材料一般采用無縫鋼管，其結構屬于薄壁圓筒。查閱參考文獻[2]表4-17，可知壁厚計算公式為： （1-7） 式中：δ——缸筒壁厚，m； ——試驗壓力，工作壓力p≤16MPa時，=1.5p；工作壓力p≥16Mpa時，=1.25p D——液壓缸內(nèi)壁，m； [σ] ——缸體材料的許用應力，MPa； 采用35#無縫鋼管，取[σ]=110Mpa，=1.5?×1.68Mpa=2.52Mpa，D=40mm把數(shù)據(jù)代入公式（1-7）可得液壓缸的壁厚： 可取壁厚δ=5mm，所以外徑=50mm。 對于最終采用的缸筒壁厚應作相應的驗算： 額定壓力應低于一定極限值，以保證工作安全,查參考文獻[1]可知： （1-8） ，故滿足要求 式中：——液壓缸的額定壓力，MPa； ——液壓缸的外徑，mm； ——缸筒材料屈服強度，MPa； 同時額定工作壓力也應與完全塑性變形壓力有一定得比例范圍，以避免塑性變形的發(fā)生，查參考文獻[1]可知： （0.35～0.42） （1-9） 故滿足要求。 式中：—缸筒發(fā)生完全塑性變形的壓力，MPa ； 2）缸筒壁厚的驗算 液壓缸的額定壓力值應低于一定的極限值,保證工作安全。 （1-6） 為避免缸筒在工作時發(fā)生塑性變形，液壓缸的額定壓力值應與塑性變形壓力有一定的比例范圍。 （1-7） 式中 D-------- 缸筒內(nèi)徑（m）； -------- 缸筒外徑 (m) ,=D+2δ； -------- 液壓缸的額定壓力 (MPa)； -------- 缸筒發(fā)生完全塑性變形時的壓力 (MPa)； -------- 缸筒材料的屈服點 (MPa)； 缸筒材料的屈服強度=285MPa，將代入公式（1-6），得；； 將代入公式（1-7）得； 取=0.42×82=34.4 MPa 液壓缸的額定壓力=4MPa，所以卡緊油缸筒厚度合格 3、液壓缸缸底厚度 查參考文獻[1]表17-6-8可知 （1-10） 將，[σ]=110Mpa代入公式（3-11）可得： 可取液壓缸缸底厚度為10mm。 4、活塞桿的強度計算 活塞桿在穩(wěn)定工況下，只受軸向推力的作用，其受力如下圖所示： 圖1.3 活塞桿受力圖 -缸筒內(nèi)徑；d-活塞桿直徑;F-軸向推力; 查參考文獻[]，只受軸向推力的作用時，則可以近似地用直桿承受的簡單強度計算公式進行計算： （1-7） 式中:F——活塞桿的作用力（N）； d——活塞桿直徑（m）； σp——材料的許用應力，無縫鋼管σp=100～110MPa。 液壓缸受軸向推力的作用，F(xiàn)，d帶入公式，計算得：液壓缸F=283.6kg，d=20mm. 所以活塞桿強度滿足要求。 1.3.2 液壓缸的結構設計 液壓缸主要尺寸確定以后，就進行各部分的結構設計。主要包括缸體與缸蓋的連接結構、活塞桿與活塞的連接結構、活塞桿導向部分結構、密封裝置及液壓缸的安裝連接結構等。由于工作條件不同，結構形式也各不相同。設計時根據(jù)具體情況進行選擇 1、缸體與缸蓋的連接形式 缸體端部與缸蓋的連接形式與工作壓力、缸體材料以及工作條件有關。常見的有法蘭連接、螺紋連接、卡環(huán)連接、拉桿連接、焊接連接。查相關參考文獻參考文獻[3]， (1) 法蘭式連接結構簡單、加工方便、連接可靠、易裝卸，但重量和外形尺寸較大；缸筒端部一般用鑄造、墩粗或焊接蘭盤，用螺釘與端蓋緊固。它是常見的一種連接形式。 (2) 螺紋式連接有外螺紋式和內(nèi)螺紋式兩種。其特點是體積小、重量輕、結構緊湊，但缸筒端部結構復雜，裝卸時需用專門工具。一般用于要求外形尺寸、重量輕的場合。 (3) 卡環(huán)式連接分內(nèi)卡環(huán)式和外卡環(huán)式兩種?？ōh(huán)式連接工藝性好、連接可靠結構緊湊、外形尺寸小、重量較輕、易裝卸，但缸筒開槽后消弱了缸壁強度，需加厚缸筒，常用于無縫鋼管缸筒與端蓋的連接中。 (4) 拉桿式連接是前后端蓋裝飾在缸筒兩頭，用四根拉桿（螺栓）將其緊固。其特點是結構簡單、工藝性好、零件通用性好，但徑向尺寸和重量較大，拉桿受力后變大，影響密封效果，只適用于長度短的中、低壓液壓缸。 (5) 焊接式連接結構簡單、尺寸小，但缸筒焊接易產(chǎn)生變形，缸低內(nèi)徑不易加工。焊接連接只能用于缸筒的一端，另一端必須采用其他結構。 2、活塞桿與活塞的連接結構 活塞組件由活塞、活塞桿和連接件等構成?；钊诟淄矁?nèi)受油壓作用實現(xiàn)往復直線運動，必須具有良好的耐磨性和一定的強度，一般用耐磨鑄鐵制造，有整體式和組合式兩種。活塞桿是連接活塞和工作部件的傳力零件，必須有足夠的強度和剛性，通常都用鋼料制造，其外圓表面應耐磨并有防銹能力，活塞桿外圓表面有時需鍍鉻?；钊麠U頭部有耳環(huán)式、球頭式和螺環(huán)式等幾種 活塞和活塞桿的連接形式，整體式連接和焊接式連接的結構簡單，軸向尺寸小，但損壞后需整體更換，常用于小直徑液壓缸。螺紋式聯(lián)接結構簡單、裝拆方便，一般需備有螺紋防松裝置，由于加工螺紋消弱了活塞桿的強度，因此不適用于高壓系統(tǒng)。 3、活塞桿導向部分的結構 活塞桿導向部分的結構，包括活塞桿與端蓋、導向套的結構，以及密封、防塵和鎖緊裝置等。導向套的結構可以做成端蓋整體式直接導向，也可做成與端蓋分開的導向套結構。后者導向套磨損后便于更換，所以應用較普遍。導向變的位置可安裝在密封圈的內(nèi)側，也可以在外側。機床和工程機械中一般采用裝在內(nèi)側的結構，有利于導向套的潤滑；而油壓機常采用裝在外側，防止在高壓下工作時，密封固有足夠的油壓將唇邊張開，這樣提高了密封性能。其特點是：a） 端部與活塞桿直接觸導向，結構簡單，但磨損后只能更換整個端蓋；b） 蓋與桿的密封常用O型、Y型密封圈；c） 防塵圈選用無骨架的防塵圈； 4、密封圈選用 密封的分類：可分為靜密封和動密封兩種[3]。 1). 靜密封 在正常工作的時候，無相對運動的零件的配合表面之間的密封叫靜密封。 2). 動密封 在正常工作的時候，具有相對運動的零件配合表面之間的密封叫動密封。 靜密封和動密封都可以達到完全密封，但某些動密封部位有一定的泄漏量，可以起到潤滑作用，減小摩擦和磨損。 活塞及活塞桿處的密封圈的選用，應根據(jù)密封的部位、使用的壓力、溫度、運動速度的范圍不同而選擇不同類型的密封圈，通過參考相關文獻，選用O型圈加擋圈的形式 1.3.3液壓泵性能參數(shù)計算 1、確定液壓泵的最大工作壓力 式中：——執(zhí)行元件的最高工作壓力； ——執(zhí)行元件進油路的壓力損失，如對夾緊、壓制和定位等工況，在執(zhí)行元件到終點時系統(tǒng)才出現(xiàn)最高壓力，則=0；其他工況，液壓元件的規(guī)格和管路長度、直徑未確定時，可初定簡單系統(tǒng)，復雜系統(tǒng)。本系統(tǒng)比較簡單，所以初選[10]。 執(zhí)行件最高工作壓力,即有 又由于初選的壓力損失值為最大，液壓泵的最大工作壓力會因此而變大，所以齒輪泵的額定壓力可選為，即2.5MPa。 2、確定液壓泵的最大流量 式中：——同時動作各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值； K——泄露系數(shù)，一般取，大流量取小值，反之取大值。 從系統(tǒng)所要求的功能和所給的參數(shù)可知，本系統(tǒng)為小流量所以取K=1.3。 車床工作時的流量為換向時的流量為3.3912L/min，約為4L/min，即 所以取最大流量為6L/min的齒輪泵，壓力為2.5MPa，型號為CB-B6齒輪泵。 1.3.4電動機的選擇 根據(jù)壓力和流量確定液壓泵的規(guī)格型號后，驅(qū)動液壓泵的電動機功率可按下式[10]計算： 式中 P——電動機功率（W）； ——液壓泵最大工作壓力（Pa）； ——液壓泵的輸出流量（L/min）； ——液壓泵總效率。 可選出電動機標準功率為550W轉速1400r/min型號為A02-8014-B3。 1.4 液壓元件的選擇 1.4.1液壓閥及過濾器的選擇 根據(jù)液壓閥在系統(tǒng)中的最高工作壓力與通過該閥的最大流量，可選出這些元件的型號及規(guī)格。本系統(tǒng)中所有閥的額定壓力都為2.5MPa，額定流量根據(jù)各閥通過的流量，確定為6L/min，所有元件的規(guī)格型號列于表1.2中。過濾器按液壓泵額定流量的兩倍選取吸油用線隙式過濾器。 1.4.2油管的選擇 油管內(nèi)徑尺寸一般可參照選用的液壓元件接口尺寸而定，也可按管路允許流速進行計算[8]。本系統(tǒng)最大流量為17.8035L/min,壓油管的允許流速取v=5m/s,則內(nèi)徑d為 d =4.6=8.68mm 綜合諸因素，現(xiàn)取油管的內(nèi)徑d為9mm。 1.4.3油箱容積的確定 液壓油箱在不同的工作條件下，影響散熱的條件很多，通常按壓力范圍來考慮。液壓油箱的有效容量V可確定為： 在低壓系統(tǒng)中（P<2.5MPa） 可?。篤=（2—4） 在中壓系統(tǒng)中（P<6.3MPa） 可取: V=(5—7) 在高壓系統(tǒng)中（P>6.3MPa） 可取:V=(6—12) 式中V—液壓油箱有效容積； —液壓泵額定流量。 本系統(tǒng)為低壓系統(tǒng)，所以油箱容積為： V=46=24L 根據(jù)經(jīng)驗，考慮到散熱和漏油等因素，選取的油箱容積為30-50L。根據(jù)設計要求,油箱里的油要滿足工作和潤滑的需求，在設計油箱時，這兩部分共用一個油箱，但油箱中間用隔板完全隔開。隔板兩側各自有液位計，進油口，出油口，清洗窗等。潤滑部分用的泵和電機是齒輪泵組。 表1.2 液壓元件明細表 序號 元件名稱 型號 個數(shù) 1 溢流閥 MRV-02-P1-K-20 1 2 二位四通電磁換向閥 WE-2B3-02-G-D2-30 1 3 三位四通電磁換向閥 WE-3C4-02-G-D2-30 1 4 單向節(jié)流閥 MCT-02-P-20 2 5 過濾器 XU-16-80-J 1 6 電機 A02-8014-B3 1 7 油泵 CB-B6 1 8 壓力表 YZT-60 1 第二章 液壓站的設計 液壓站是由液壓油箱、液壓泵裝置及液壓控制裝置三大部分組成。液壓油箱裝有空氣濾清器、濾油器、液面指示器和清洗孔等。液壓泵裝置包括不同類型的液壓泵、驅(qū)動電機及其它們之間的聯(lián)軸器等。液壓控制裝置是指組成液壓系統(tǒng)的各閥類元件及其聯(lián)接體。 參考同類產(chǎn)品的設計，本液壓站采用了集中式結構。 2.1 液壓油箱的作用及外形尺寸 2.1.1 液壓油箱的作用 油箱在液壓系統(tǒng)中的主要功能是： (1) 貯存供系統(tǒng)工作循環(huán)所需的油量。 (2) 散發(fā)系統(tǒng)工作過程中產(chǎn)生的一部分熱量。 (3) 促進油液中的空氣分離及消泡作用。 (4) 為系統(tǒng)提供某些元件的安裝位置。 過去認為，油箱還應起到分離和沉積油液中污物的作用，但現(xiàn)在的液壓系統(tǒng)污染控制理論，要求油箱不再是一個容納污垢的場合，油箱中的油液是達到一定清潔度等級的油液，以這樣清潔的油液提供給液壓泵和整個液壓系統(tǒng)的工作回路，因此對油箱的設計、制造、工作運行和維護都應按照以上這些功能的要求來實施。 油箱的作用是貯存液壓油、分離液壓油中的雜質(zhì)和空氣，同時還起到散熱作用。 2.1.2 液壓油箱的外形尺寸 液壓油箱的有效容積確定以后，需設計液壓油箱的外形尺寸，這次采用的外型尺寸為：長730mm；寬406mm；高295mm的外型尺寸[7]。 2.2 液壓油箱的結構設計 1 (1)油箱必須有足夠大的容量，以保證系統(tǒng)工作時能夠保持一定的液位高度；在油箱容積不能增大而又不能滿足散熱要求時，需要設冷卻裝置。 （2）設置過濾器：油箱的回油口一般都設置系統(tǒng)所要求的過濾精度的回油過濾器，以保證返回油箱的油液具有允許的污染等級。油箱的排油口（即泵的吸口）為了防止意外落入油箱中污染物，有時也裝吸油網(wǎng)式過濾器。由于這種過濾器侵入油箱的深處，不好清理，因此，即使設置，過濾網(wǎng)目也是很低的，一般為60目以下。 （3）設置油箱主要油口：油箱的排油口與回油口之間的距離應盡可能遠些，管口都應插入最低油面之下，以免發(fā)生吸空和回油沖濺產(chǎn)生氣泡。管口制成450的斜角，以增大吸油及出油的截面，使油液流動時速度變化不致過大。管口應面向箱壁，吸油管離箱底距離(D為管徑)，距箱邊不小于3D，回油管離箱底距離。 （4）設置隔板將吸、回油管隔開，使液流循環(huán)，油流中的氣泡與雜質(zhì)分離和沉淀，隔板結構有溢流式標準型、回流式及溢流式等幾種。另外還可根據(jù)需要在隔板上安置濾網(wǎng)。 （5）在開式油箱上部的通氣孔上必須配置空氣濾清器，兼做注油口用，油箱的注油口一般不從油桶中將油液直接注入油箱，而是經(jīng)過濾網(wǎng)從注油口注入，這樣可以保證注入油箱中的油液具有一定的污染等級。 （6）放油孔要設置在油箱底部最低的位置，使換油時油液和污物能順利地從放油孔流出，在設計油箱時，從結構上應考慮清洗換油的方便，設置清洗孔，以便于油箱內(nèi)沉淀物的定期清理。 （7）當液壓泵和電動機安裝在油箱蓋板上時，必須設置安裝板，安裝板在油箱蓋板上通過螺栓加以固定。 （8）為了能夠觀察向油箱注油的液位上升情況和在系統(tǒng)過程中看見液位高度，必須設置液位計。 （9）按GB/T3766-1983中5、2、3a規(guī)定：“油箱的底部應離地面150mm以上，以便于搬移、放油和散熱”。 （10）為了防止油液可能落在地面上，可在油箱下部或上蓋附近四周設置油盤，油盤必須有排油口，以便于油盤的清潔. 2頂蓋及清洗孔 （1）頂蓋：在液壓油箱頂蓋上裝設閥組、空氣濾清器時，必須十分牢固。液壓油箱同它們的接合面要平整光滑，將密封填料、耐油橡膠密封墊圈以及液壓密封膠襯入其間，以防雜質(zhì)、水和空氣侵入，并防止漏油。同時，防止由閥和管道泄漏在箱蓋上的液壓油流回液壓油箱內(nèi)，電機和泵放在液壓油箱的的上面。 （2）清洗孔：液壓油箱上的清洗孔，最大限度地易于清掃液壓油箱內(nèi)的各個角落和取出箱內(nèi)的元件。 （3）雜質(zhì)和污油的排放：為了便于排放污油，液壓油箱底部做成了傾斜式箱底，并將放油塞安放在了最低處。 （4）液面指示：檢查液壓油箱內(nèi)的液面情況，在箱的側面安裝了液面指示計，指示最高、最低油位。 （5）液壓油箱的防銹：為了防止液壓油箱內(nèi)部生銹，應在油箱內(nèi)壁涂耐油防銹涂料。 2.3 液壓泵裝置 2.3.1液壓泵的工作原理 1 工作原理及必備條件：柱塞靠彈簧緊壓在偏心輪上，偏心輪的轉運使柱塞往復運動。柱塞向右移動時，油腔（它是一個密封的工作腔）的容積由小變大，形成局部真空，大氣壓力迫使油箱中的油液通過吸油管頂開單向閥，進入油腔中，這是泵的吸油過程。當柱塞向左移動時，油腔的容積由大變小，迫使其中的油液頂開單向閥流入系統(tǒng)，這就是泵的壓油過程。偏心輪不斷地旋轉，泵就不斷地吸油和壓油?？梢姡簤罕檬强棵芊馊莘e的變化來實現(xiàn)吸油和壓油的，因此稱為容積式液壓泵它的工作原理過程就是吸油和壓油的過程。 由上述可知，液壓泵正常工作的必要條件是： （1） 應具有一個或若干個能周期性變化的密封容積。 （2） 應有配流裝置 保證在吸油過程中密封容積與油箱想通，同時關閉供油通路；壓油時，與供油管路相通而與油箱切斷。 （3） 吸油過程中，油箱必須與大氣相通。 2. 常見種類 液壓泵的種類很多，目前最常見的有齒輪泵、葉片泵及柱塞泵等。按泵的輸油方向能否改變，可分為單向泵和雙向泵；按其輸出的流量能否調(diào)節(jié)，可為定量泵和變量泵；按額定壓力的高低，又可分為低壓泵、中壓泵和高壓泵等三類。 2.3.2 液壓控制裝置 液壓控制閥的種類繁多，功能各異，根據(jù)其結構、用途和操縱方式進行分類，見表1.3 表1.3 液壓控制閥的分類 分類方法 種類 詳細分類 按用途 壓力控制閥 溢流閥、減壓閥、順序閥、比例壓力控制閥等 流量控制閥 節(jié)流閥、調(diào)節(jié)閥、分流閥、比例流量控制閥等 方向控制閥 單向閥、液控單向閥、換向閥等 按操縱方式 人力操縱閥 手把及手輪、踏板、杠桿 機械操縱閥 擋塊、彈簧、液壓氣動 電動操縱閥 電磁鐵控制、電——液聯(lián)合控制 按聯(lián)接方式 管式聯(lián)接 螺紋式聯(lián)接、法蘭式聯(lián)接 板式及疊加式聯(lián)接 單層聯(lián)接板式、雙層聯(lián)接板式、集成塊聯(lián)接、疊加閥 插裝式聯(lián)接 螺紋式插裝、法蘭式插裝 2.4液壓系統(tǒng)的安裝 2.4.1液壓泵裝置的安裝要求 （1）液壓泵與電動機之間的聯(lián)軸器的形式及安裝要求必須符合制造廠的規(guī)定。 （2）外露的旋轉軸、聯(lián)軸器必須安裝防護罩。 （3）液壓泵與電動機的安裝底座必須有足夠的剛性，以保證運轉時始終同軸。 （4）液壓泵的進油管路應短而直，避免拐彎增多，斷面突變。 （5）液壓泵的進油管路密封必須可靠，不得吸入空氣。 2.4.2油箱裝置的安裝要求 （1）油箱應仔細清洗，用壓縮空氣干燥后，再用煤油檢查焊縫質(zhì)量。 （2）油箱底部應高于安裝面150mm以上，以便搬移，、放油和散熱。 （3）必須有足夠的支撐面積，以便去裝配和安裝時用墊片和楔塊等進行調(diào)整。 2.4.3液壓閥的安裝要求 （1）為了保證安全，閥的安裝必須考慮重力、沖擊、振動對閥內(nèi)主要零件的影響。 （2）閥用聯(lián)接螺釘?shù)男阅艿燃壉仨毞现圃鞆S的要求，不得隨意代換。 （3）應注意進油口和回油口的方位，某些閥如將進油口和出油口裝反，會造成事故。 （4）方向控制閥的安裝，一般應使軸線安裝在水平位置。 2.4.4液壓缸的安裝要求 （1）安裝液壓缸時，如果結構允許，進出油口的位置應在最上面，應裝成使其能自動放氣或裝有方便的放氣閥。 （2）配管連接不得松弛。 （3）液壓缸的安裝面和活塞桿的滑動面，應保持足夠的平行度和垂直度。 2.5 電動機與液壓泵的聯(lián)接方式 1、法蘭式：液壓泵安裝在法蘭上，法蘭再與帶法蘭盤的電機聯(lián)接，電動機與液壓泵依靠法蘭盤上的止口來保證同軸度。這種結構裝拆很方便。 2、液壓泵直接裝在支架的止口里，然后依靠支架的底面與底板相連，再與帶底座的電動機相聯(lián)。 3、法蘭支架式：電動機與液壓泵先以法蘭聯(lián)接，法蘭再與支架聯(lián)接，最后支架再裝在底板上，它的優(yōu)點是大底板不用加工，安裝方便，電動機與液壓泵的同軸度靠法蘭盤上的止口來保證。 本系統(tǒng)采用支架式結構，這種結構對于保證同軸度比較困難，為避免安裝時產(chǎn)生同軸度誤差帶來的不良影響，該電機與液壓泵聯(lián)接時采用ML8梅花彈性柱塞聯(lián)軸器。為增加電機與液壓泵的聯(lián)接剛性，避免產(chǎn)生共振，把液壓泵和電機先裝在剛性較好的底板上使其成為一體，然后底板再焊接到油箱上側。 第三章 集成塊的設計 3.1 集成塊及其工作 集成塊就是將若干元件組合在一起，省去連結用的管子而構成液壓系統(tǒng)的部分回路。隨著液壓系統(tǒng)向高壓化、高精度方向發(fā)展，系統(tǒng)的結構形式也向著集成化方向發(fā)展，在這種趨勢下尤其顯出液壓集成化的優(yōu)越性。 集成塊內(nèi)的油通道，用來聯(lián)系各個控制元件，構成單元回路及液壓控制系統(tǒng)。油液流經(jīng)塊體內(nèi)通道的壓力損失與塊體的油通孔的孔徑尺寸形狀及表面光滑程度有關。通道孔徑過小，拐彎過多，內(nèi)表面粗糙，工藝孔過多，會使壓力損失變大。而油道孔徑過大，壓力損失減小，但增大了集成塊尺寸。提高管道表面光潔度會使壓力損失降低，但又會增加制造成本。綜上所述，設計集成塊時，對以上各點應多方面考慮。 3.2 集成塊的工作要求 3.2.1集成塊的工作要求 （1）通道體及疊加閥中工作介質(zhì)為N32#或N46#液壓油，固密封性要求較高，各個連接件之間必須加密封圈； （2）塊內(nèi)油道縱橫分布，比較復雜，故應注意各個油路中間的距離，兩孔中間的壁厚不得小于5mm； （3）以底面為基準，上表面與下表面的平行度公差不超過0.03mm，各個側面與底面垂直度公差不超過0.1mm。塊接合面光潔度0.8，其余面為3.2； （4）所有棱邊倒圓角，去毛刺； （5）表面鍍鉻處理； （6）鋼坯不得有影響使用的氣孔裂紋和雜質(zhì)等缺陷； （7）其余孔的定位尺寸公差為 0.2mm。 3.2.3集成塊的總體設計 根據(jù)液壓系統(tǒng)原理圖，將液壓控制閥分為兩個部分，分別安裝在兩個集成塊上，集成塊安放在閥臺上。具體設計結果在后面有詳細論述。 3.2.4 液壓閥位置的確定 在認真分析液壓系統(tǒng)原理圖的基礎上，根據(jù)油口就近連通原則，應將有互通關系的閥安裝在相鄰的表面。因集成塊多為六面體，且進出油口一般布置在集成塊的底面，因此其余五面均可布置液壓閥。布置閥的位置時，除需保證閥的互通油口位于同一層，互不通的油道之間有足夠的壁厚外海必須考慮閥的上、下、左、右安裝空間，保證閥與閥之間，閥與安裝底板之間不得有相碰的情況。 3.2.5 視圖及尺寸標注 集成塊加工圖一般用六個視圖表示，每個視圖表示一個面的安裝螺孔和油口的尺寸。在標注尺寸時一般以主視圖的左下角為尺寸基準（坐標原點）標注閥安裝螺孔的坐標尺寸，再以螺孔為基準標注該閥其它孔口的位置尺寸。 3.2.6 加工精度的要求 集成塊采用35號鋼經(jīng)鍛打成形，然后機加工（铇、銑平面、鉗工劃線鉆孔、攻絲、精磨平面），去毛刺、清洗、裝配。一般加工精度要求為： ⑴. 裝閥或法蘭的表面粗糙度應達到3.2m，末端管接頭的密封面的表面粗糙度應達到3.2m。 ⑵. 閥塊上所有安裝螺孔的精度要求為7H，一般流道的表面粗糙度為3.2m。 3.2.7 集成塊的設計結果 以彎輥控制系統(tǒng)為例，本系統(tǒng)中液壓控制閥比較多，分為兩部分安裝在集成塊上。下面說明彎輥部分的系統(tǒng)原理圖1.4所示： 圖1.4 彎輥部分系統(tǒng)原理圖 這部分的管路在集成塊中的設計結果如圖1.5所示： 圖1.5 彎輥部分集成塊 3.2.8 集成塊裝配與調(diào)試 加工完所有零件后，在潔凈的環(huán)境進行集成塊系統(tǒng)的裝配，以防止元器件銹蝕或受環(huán)境污染；裝配后的集成塊進出口用螺堵加組合密封墊進行密封。 裝配后的產(chǎn)品要進行耐壓試驗和功能試驗，耐壓試驗試驗壓力按照國家標準進行。試壓時間為5～10min，各接頭處不得有泄漏，不允許有其他異常現(xiàn)象，功能試驗依據(jù)不同的功能要求進形。 第四章 液壓系統(tǒng)的性能驗算及維護 4.1 性能驗算 4.1.1沿程壓力損失 沿程壓力損失是指液體在等直徑圓管中流動時因粘性摩擦而產(chǎn)生的壓力損失[4]。管道內(nèi)液體流動最大速度為2.4m/min，最大流量為3L/min，則油液在管內(nèi)的流速為 （5-1） 由于本系統(tǒng)采用的工作介質(zhì)為H-HM-32礦物油，所以在400C時其粘度，故管道內(nèi)的流動雷諾數(shù)為 Re<2300 （5-2） 可見液壓油在管道內(nèi)流動狀態(tài)為層流，其沿程阻力系數(shù) （5-3） 管道的沿程壓力損失 （5-4） 液壓缸工進時工作阻力最大，壓降滿足壓力損失范圍要求，所以無需修改原設計。 4.1.2局部壓力損失 局部壓力損失是指液體流經(jīng)管道的彎頭、接頭、突然變化的截面以及閥口等處時，液體流速的大小和方向?qū)⒓眲“l(fā)生變化，因而會產(chǎn)生漩渦，并發(fā)生強烈的紊動現(xiàn)象，于是產(chǎn)生流動阻力，由此造成的壓力損失[4]。 查參考文獻[4]可知 圓滑彎管處局部壓力損失 （5-5） 節(jié)流閥處局部壓力損失 換向閥處局部壓力損失 所以整個液壓系統(tǒng)的總壓力損失為 ，（5-6） 由于實際壓力損失小于初定壓力損失0.3MPa，所以原設計不必修改。 4.1.2系統(tǒng)溫升的驗算 由4.2.2可知，液壓泵的輸入功率為： 液壓缸的輸出功率：